高通量雙折射干涉成像光譜儀裝置及其成像方法與流程

本發明屬于光學成像領域，具體涉及一種高通量雙折射干涉成像光譜儀裝置及其成像方法。

背景技術：

干涉高光譜成像技術通過在成像系統中加入干涉器獲取成像目標的干涉光強信息，利用傅里葉變換復原出成像目標的光譜數據立方體，具有高光通量、高空間分辨率和高光譜分辨率的優點，在遙感成像、資源勘探、環境監測等領域具有很大的應用潛力。光通量是在高光譜成像中一項重要的儀器指標，提高光通量能夠提高系統信噪比，有利于提高光譜復原精度。

近年來，國內外對該類高光譜成像技術進行了研究。其中，基于Sagnac干涉器的高通量干涉成像光譜技術，該類技術方案損失至少一半的光通量；基于Wollaston棱鏡干涉器的技術方案，光通量一般小于25%；基于Savart棱鏡的雙折射型干涉成像光譜儀，光通量一般小于25%，因此光機系統信噪比較難提升。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種高通量雙折射干涉成像光譜儀裝置及其成像方法，利用平行分束偏光棱鏡提高光通量，解決了傳統雙折射干涉成像光譜技術方案中光通量損失較大的技術問題。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種高通量雙折射干涉成像光譜儀裝置，包括共光軸依次設置的前置成像物鏡、光闌、準直物鏡、第一平行分束偏光棱鏡、第一Wollaston棱鏡、第二Wollaston棱鏡、第二平行分束偏光棱鏡、成像物鏡和探測器，所述各光學元件相對于成像裝置底座等高。

來自目標的入射光束通過前置成像物鏡成像在光闌上，隨后經過準直物鏡，形成準直光束，以準直光束形式入射到第一平行分束偏光棱鏡，第一平行分束偏光棱鏡將入射光束分成偏振面相互垂直的兩束線偏振光，且兩束線偏振光平行輸出，其中一束沿入射方向傳播，另一束則相對于原方向有一平移，形成剪切差；這兩條線偏振光束經過第一Wollaston棱鏡分別被分成兩條分開一定角度的o光和e光，這四條光束經過第二Wollaston棱鏡后o光變為e光，e光變為o光，且四束光互相平行；經過第二平行分束偏光棱鏡后，每條線偏振光束被分成偏振面相互垂直的兩束線偏振光，并形成剪切差；這八條光束經過成像物鏡后會聚于探測器靶面上發生干涉。

基于所述的雙折射干涉成像光譜儀裝置的成像方法，方法步驟如下：

第一步，來自目標的入射光束通過前置成像物鏡成像在光闌上，隨后經過準直物鏡，形成準直光束，以準直光束形式入射到第一平行分束偏光棱鏡，第一平行分束偏光棱鏡把準直光束分解成兩條偏振面相互垂直的兩束線偏振光，且兩束線偏振光平行輸出，其中一束沿入射方向傳播，另一束則相對于原方向有一平移，形成剪切差。

第二步，上述兩束線偏振光經過第一Wollaston棱鏡分別被分解成分開一定角度的o光和e光，共四條偏振光束。

第三步，四條偏振光束經過第二Wollaston棱鏡后偏振態發生變化，o光變為e光，e光變為o光，同時這四條光束相互平行。

第四步，第三步中的四條線偏振光經過第二平行分束偏光棱鏡，每條光束均被分解成兩條偏振面相互垂直的兩束線偏振光，傳播方向平行且具有一定剪切差，形成八條線偏振光束。

第五步，上述八條線偏振光束經過成像物鏡后會聚于探測器靶面上發生干涉，由探測器獲得目標的干涉圖像信息，對干涉圖像信息進行數據提取，再經過光譜復原處理即復原出目標的光譜信息。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：（1）引入平行分束偏光棱鏡，相比于傳統的雙折射干涉成像光譜系統，光通量提高到50%以上。

（2）干涉信息的疊加提高了系統信噪比，有利于提高光譜復原精度。

附圖說明

圖1為本發明高通量雙折射干涉成像光譜儀裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

結合圖1，一種高通量雙折射干涉成像光譜儀裝置，其特征在于：包括共光軸依次設置的前置成像物鏡1、光闌2、準直物鏡3、第一平行分束偏光棱鏡4、第一Wollaston棱鏡5、第二Wollaston棱鏡6、第二平行分束偏光棱鏡7、成像物鏡8和探測器9，所述各光學元件相對于成像裝置底座等高。

將目標設置在成像物鏡1前方，來自目標的入射光束通過前置成像物鏡1成像在光闌2上，隨后經過準直物鏡3，形成準直光束，以準直光束形式入射到第一平行分束偏光棱鏡4，第一平行分束偏光棱鏡4將入射光束分成偏振面相互垂直的兩束線偏振光，且兩束線偏振光平行輸出，其中一束沿入射方向傳播，另一束則相對于原方向有一平移，形成剪切差；這兩條線偏振光束經過第一Wollaston棱鏡5分別被分成兩條分開一定角度的o光和e光，這四條光束經過第二Wollaston棱鏡6后o光變為e光，e光變為o光，且四束光互相平行；經過第二平行分束偏光棱鏡7后，每條線偏振光束被分成偏振面相互垂直的兩束線偏振光，并形成剪切差；這八條光束經過成像物鏡8后會聚于探測器9靶面上發生干涉。

上述第一平行分束偏光棱鏡4與第二平行分束偏光棱鏡7均沿著光軸（即x軸）向z軸負方向旋轉。

所述第一Wollaston棱鏡5的第一片棱鏡光軸與第二Wollaston棱鏡6的第二片棱鏡光軸平行。

基于雙折射干涉成像光譜儀裝置的成像方法，方法步驟如下：

第一步，來自目標的入射光束通過前置成像物鏡1成像在光闌2上，隨后經過準直物鏡3，形成準直光束，以準直光束形式入射到第一平行分束偏光棱鏡4，第一平行分束偏光棱鏡4把準直光束分解成兩條偏振面相互垂直的兩束線偏振光，且兩束線偏振光平行輸出，其中一束沿入射方向傳播，另一束則相對于原方向有一平移，形成剪切差；

第二步，上述兩束線偏振光經過第一Wollaston棱鏡5分別被分解成分開一定角度的o光和e光，共四條偏振光束；

第三步，四條偏振光束經過第二Wollaston棱鏡6后偏振態發生變化，o光變為e光，e光變為o光，同時這四條光束相互平行；

第四步，第三步中的四條線偏振光經過第二平行分束偏光棱鏡7，每條光束均被分解成兩條偏振面相互垂直的兩束線偏振光，傳播方向平行且具有一定剪切差，形成八條線偏振光束；

第五步，上述八條線偏振光束經過成像物鏡8后會聚于探測器9靶面上發生干涉，由探測器9獲得目標的干涉圖像信息，對干涉圖像信息進行數據提取，再經過光譜復原處理即復原出目標的光譜信息。